[发明专利]一种磁悬浮式雨量雨强计

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种测量雨量雨强的装置，具体地说是涉及一种采用磁悬浮技术进行的雨量雨强测量计。

二、背景技术

目前国内外诸多水文，气象、农林等有关部门在一场降雨的强度测量及其雨量的测量中采用翻斗式雨量计、虹吸式雨量计、电热式雨强计等作为测量工具，虽然对于传统的量筒精度和方法上有所提高，但其结构复杂、机械部件多、价格偏贵，并且其机械部件也较容易产生故障导致测量数据丢失，在测量当中机械运动带来的摩擦难以消除以致测量精度受到影响。此外在使用的雨量计、雨强计中大都存在的分辨率灵敏度低、响应慢、间断测量、误差不断改变，有的只能测平均降雨强度等，在解决灵敏度上存在很多问题。

三、发明内容

本发明针对上述各种雨量雨强计装置提供了一种结构简单、可以不间断、高精度、自动化测量、易于操作的雨量雨强计。

本发明提供的技术方案是:一种磁悬浮式雨量雨强计，包括承雨器、磁悬浮支架、应变式传感器、数据处理装置和电源装置。

上述承雨器为圆筒式承雨器，承雨器下侧开有小孔以利于雨水流出，里面放有承雨盘片，承雨盘片与承雨器之间有一定间隙，承雨盘片和盘稳定轴固定成T型，承雨盘片为半径17.84厘米的轻质塑料盘片，盘稳定轴与磁悬浮支架连接固定。

上述磁悬浮支架包括两副倒U型悬浮脚和四个磁悬浮发生体。倒U型悬浮脚为不易发生形变的轻质塑料制成，两副倒U型悬浮脚呈直角安放与盘稳定轴固定，其两头的下弯角度也呈直角。倒 U型悬浮脚的四只支撑脚各与下面的四个磁悬浮发生体的绕线框连接固定。磁悬浮发生体由线圈、绕线框、永磁铁、硅钢外壳及支撑底座组成。用聚酯漆包线类铜丝线圈采用平铺式绕在方形绕线框表面，并用绝缘胶带固定。线圈与电源装置连接，通过电源装置提供一合适电流I,由于悬浮力F与磁场强度B和电流I的成绩成正比，当F=kBI=G时，k为常数，G为悬浮支架重量，此时磁悬浮支架处于悬浮状态，以此悬浮支架在移动时不产生机械运动所带来的摩擦。绕线框为四面环绕框，其上部加一横梁，横梁中心与倒U型悬浮脚的一只支撑脚相连成固定体。永磁铁放置在绕线框内部，并和绕线框的一面及硅刚外壳平行放置。硅钢外壳为厚度2厘米左右的硅钢片叠放而成，包围着线圈和永磁铁的外壳部分在与永磁铁垂直面和壳底部为塑料材料制成，与永磁铁平行面为硅钢片。其永磁铁发出的磁感线穿过线圈经硅钢外壳形成回路，为线圈提供稳定的磁场。硅钢外壳放在下部的支撑基座上，基座固定在仪器外壳上。在不影响磁场的情况下仪器一些部件可用金属材料制造。

上述应变式传感器为电阻应变式传感器，传感器和盘稳定轴下端接触，传感器包括弹性敏感元件和电阻应变计，弹性敏感元件可以将测得的雨滴冲击力转换为弹性体的应变值，电阻应变计作为传感元件将弹性体的应变值同步地转换为电阻值的变化。把四个电阻应变片粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当的方式组成电桥，电桥电路用全桥差动电路，四个应变片中两个受拉应变，两个受压应变，其减小了非线性误差并具有温度补偿作用。雨滴冲击承雨盘片使悬浮装置下移推动应变计，应变片将受到的力的作用变为电阻的改变量，即将雨量雨强信号转换成电信号。应变式传感器连接到数据处理装置上。

上述数据处理装置为以单片机为核心的处理装置，包括AT89C52单片机、OP07集成运算放大器、MC14051B多路模拟开关、ADC0804模数转换器、DSI225Y非易失性数据存储器、数据处理电源接口和LED显示屏。首先利用OP07集成运算放大器将应变片输出的微弱信号进行初级放大，经过MC14051B多路模拟开关进行分时选通，然后再经过OP07集成运算放大器将信号进行二次放大，经过CSY9.0虚拟仪器软件分析，得到较好的线性关系和灵敏度后，将二次放大后的信号送入ADC0804模数转换器进行模数转换，将转换完得数据输入AT89C52单片机，单片机将数据进行防脉冲干扰平均值滤波、自校准、数据融合处理，最后数据将被存储到非易失性数据存储器DSI225Y中。数据在处理后也会在LED显示屏上显示。数据处理电源接口和电源装置接口连接，收到5v和12v直流电压供其电路正常工作。